[發明專利]基于激光雷達精準測速的冶金高速連軋智能控制系統

在審

• 申請號: 202210362798.9
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114713644A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 吳海濱;李梓霂;陳新兵;宋偉;徐雷;胡海;葉順強;王存錢
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: B21B37/46
• 分類號: B21B37/46;B21B38/00;G01S17/58
• 代理公司: 安徽善安知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34200
• 代理人: 黃玲

本發明公開了基于激光雷達精準測速的冶金高速連軋智能控制系統，包括相干激光雷達精準測速系統、垂直目標物體方向的光學采集系統、與目標物體方向水平的光學采集系統以及與目標物體呈45°角的光學采集系統，三個所述光學采集系統分別通過光纖連接有激光器，對三路光信號進行光電轉換，本發明將激光雷達精準測速系統實時測得的軋件行進速度信息反饋至軋制機的控制系統，精確匹配軋件行進速度與軋機的軋入速度，將軋件張力控制在0狀態，從而實現連軋工藝中軋機控制的精細化，實現連軋張力智能控制，達到精準控制，解決高速線材生產過程中對軋材速度無法精準連續測量，導致軋材軋制過程中存在張力，影響產品質量及生產效率等行業共性難題。

技術領域

本發明涉及冶金軋件速度調節領域，特別涉及基于激光雷達精準測速的冶金高速連軋智能控制系統。

背景技術

棒線材是冶金工業非常重要的產品之一，棒線材在整個鋼材產量中的占比約在20％左右。2019年我國鋼鐵產量近10億噸，棒線材產量就達到2.2億噸，主要應用于軸承、螺栓、彈簧以及建筑用鋼等等。由于現有連軋工藝生產水平影響，存在2％～3％的廢品率。該問題也是全國乃至全世界冶金鋼鐵行業的共性問題。全國2019年棒線材產量按2.2億噸計，由于張力波動造成廢品損失及堆鋼事故所造成直接損失每年超過220億元。

導致上述損失的原因是：軋件需經過少則十多架多則三十余架軋機的連續軋制，最終才能將棒線材軋制成型，由于是連續軋制，軋機間的軋制配合則變得極為重要，最理想的是0張力軋制，這就要求前端軋機軋件的軋出速度必須與后端軋機軋件的軋入速度必須保持一致，即后端軋機的軋入速度必須與軋件運行速度精確一致：如果后端軋機的軋入速度超過軋件的行進速度則會加大軋件張力，而張力波動則會造成產品頭、中、尾尺寸(直徑)不一，形成部分廢品；若后端軋機的軋入速度低于軋件的行進速度則會造成堆鋼事故。由此可見，精準獲取各個軋機間的軋件行進速度對連軋工藝的精確控制尤為重要。

目前，國內外在該行業生產工藝中還沒有對軋件速度做到精準測量的技術設備，解決方法主要是根據電機轉速來轉換成軋件的速度，根據電流大小判斷軋件張力。這種方法在實際生產工藝中因軋件與軌道之間出現打滑現象、軌道與軋件之間的磨損導致摩擦系數變化等因素的影響，都會導致軋件實際速度判斷不準。針對上述因素，在軋制過程中，通常通過前滑系數和連軋張力微分方程中張力與軋件速度之間的關系來進行優化調節，但這種方法只能在低速軋制區域，且由于這些方法存在滯后性，無法滿足自動化生產的要求。對實際生產過程并沒有多大的指導意義，因此生產出來的產品與實際要求存在差異，導致企業被迫將部分產品降檔出售。

由于長期高溫作業造成零部件的磨損、軋件打滑等現象出現，導致滑鋼或塞鋼，造成實際速度與軋制機設定速度不一致，引起堆鋼或者拉斷現象。目前，為了解決張力波動及堆鋼等問題，在棒線材連軋機組中軋、預精軋相鄰機架之間安裝活套，用來調節金屬流量平衡，保證連軋過程中作用于紅料之間張力的恒定，消除各機架之間張力波動，建立良好的堆拉鋼關系，以期保證產品的軋制質量。但活套的使用存在以下問題：(1)由于活套延時設置不對、氣閥故障或電磁閥線圈失磁等原因導致活套起套或落套過快或過慢；(2)由于軋制規格較多，起跳輥、前后壓輥磨損位置不同，軋件運行中磨損部位阻擋，造成軋件改變運行方向，形成軋件抖動，嚴重的會造成堆鋼事故；(3)由于活套器工作環境差，造成活套掃描器信號檢測不穩出現故障。另外活套設備的增加，除了增加設備成本和維護成本外，容易對產品造成劃痕，降低產品質量。由于張力變化造成廢品損失及時常發生堆鋼事故已是棒線材行業的共性難題。

為此，我們提出基于激光雷達精準測速的冶金高速連軋智能控制系統，用于實時精準測定各段軋機間軋件的行進速度，并將檢測結果輸入軋機控制系統，精確匹配軋件行進速度與后端軋機的軋入速度，將軋件張力控制在近0狀態，從而實現連軋工藝中軋機控制的精細化、智能化。由此有望將堆鋼事故發生概率降為0，并將張力波動造成的廢品率降低到0.2％以下，從而創造出巨大的經濟效益。